Nước nặng – loại nước chứa deuterium (một dạng đồng vị của hydro) thường được sử dụng trong lò phản ứng hạt nhân – có thể được cơ thể con người hấp thụ mà không gây hại nếu chỉ với một lượng nhỏ. Tuy nhiên, nếu tỷ lệ nước nặng trong cơ thể vượt ngưỡng 20%, những tác động tiêu cực sẽ xuất hiện, thậm chí có thể nguy hiểm đến tính mạng khi con số này đạt khoảng 35%.
Nước nặng là gì và nó được tạo ra như thế nào?
Mỗi nguyên tố hóa học được xác định bởi số lượng proton trong hạt nhân, nhưng số neutron có thể thay đổi, tạo ra các dạng đồng vị khác nhau. Hydro thông thường chỉ có một proton mà không có neutron, nhưng vào những năm 1920, nhà vật lý Ernest Rutherford đã dự đoán rằng có thể tồn tại một dạng hydro nặng hơn với một neutron bổ sung. Lý thuyết này được xác nhận vào năm 1931 khi Harold C. Urey thành công trong việc phân lập đồng vị này và sau đó giành giải Nobel cho phát hiện của mình.
Urey và cộng sự đã phát triển phương pháp tách deuterium khỏi hydro thông qua chưng cất phân đoạn và điện phân. Điều này cho phép họ tạo ra nước nặng (D₂O), trong đó hai nguyên tử hydro thông thường trong phân tử nước được thay thế bằng deuterium. Trong tự nhiên, nước nặng tồn tại với một tỷ lệ cực nhỏ trong nước thông thường (chỉ khoảng 0,015%) và có thể được tinh chế qua nhiều công đoạn khác nhau.
Công dụng và ảnh hưởng của nước nặng
Một trong những ứng dụng quan trọng của nước nặng là trong công nghệ hạt nhân. Khi sử dụng nước nặng làm chất điều tiết trong lò phản ứng, người ta có thể duy trì phản ứng phân hạch với uranium tự nhiên mà không cần làm giàu. Điều này mang lại lợi thế trong việc phát triển năng lượng hạt nhân, đặc biệt là với các quốc gia muốn giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hạt nhân đã qua xử lý.
Về mặt sinh học, nước nặng có tính chất hóa học gần giống nước thông thường, nhưng khi uống với lượng lớn, nó có thể gây ra những biến đổi nghiêm trọng trong cơ thể. Trong các thí nghiệm trên động vật, khi nước nặng chiếm hơn 20% tổng lượng nước trong cơ thể, chức năng tế bào bắt đầu bị ảnh hưởng, làm gián đoạn quá trình phân chia và phát triển tế bào, dẫn đến nhiều hệ lụy sức khỏe nghiêm trọng.
Trải nghiệm thực tế: Uống nước nặng có vị ra sao?
Vào đầu thế kỷ 20, dược sĩ Klaus Hansen từ Đại học Oslo đã quyết định tự mình thử nghiệm tác động của nước nặng. Trước sự chứng kiến của các đồng nghiệp sẵn sàng hỗ trợ y tế, ông uống một lượng nước nặng và mô tả cảm giác như sau:
“Ngay khi chất lỏng chạm vào môi, tôi cảm thấy khô rát và nóng trong miệng, rồi sau đó không còn nhận thức được gì nữa. Tuy nhiên, tôi vẫn có thể nhìn, nghe, thở và đi lại bình thường như trước.”
Dù Hansen không gặp hậu quả nghiêm trọng, ông nhận định rằng tiêu thụ nước nặng với lượng lớn có thể nguy hiểm. Trong nhiều tuần sau đó, ông dần dần tăng lượng nước nặng tiêu thụ, cuối cùng đạt đến 100 gram mà vẫn sống sót.
Nhận thấy điều này, Urey quyết định tổ chức một thí nghiệm khác nhằm xác định chính xác vị của nước nặng. Một nhóm nhà khoa học lần lượt thử nghiệm bằng cách ngậm hoặc nuốt nước nặng, nhưng không ai nhận ra sự khác biệt đáng kể giữa nước thường và nước nặng. Cuối cùng, Urey kết luận: “Nước nặng có vị giống hệt nước thông thường.”
Nước nặng có thực sự nguy hiểm?
Trong hơn 30 năm nghiên cứu, chưa có bằng chứng nào cho thấy tiêu thụ một lượng nhỏ nước nặng có tác động tiêu cực đến sức khỏe con người. Trên thực tế, nước nặng còn được sử dụng trong một số nghiên cứu y sinh học. Tuy nhiên, khi tỷ lệ nước nặng trong cơ thể động vật có vú vượt quá 20%, các vấn đề sức khỏe nghiêm trọng có thể xảy ra, và khi đạt 35%, nguy cơ tử vong là rất cao.
Tóm lại, dù không độc hại khi chỉ uống một lượng nhỏ, nhưng nếu thay thế một phần lớn nước trong cơ thể bằng nước nặng, hệ thống sinh học sẽ bị rối loạn nghiêm trọng, có thể dẫn đến hậu quả chết người.
